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104年2月(第272期)

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海藻發酵物之多元化應用


文 / 水產試驗所  黃培安‧洪郁嵐‧吳純衡

一、前言

  運用微生物發酵是人類文明史上最古老的生物技術,早在 17 世紀微生物學開始發展之前,人類對微生物尚無所知的時代,就已經廣泛的製作及食用各種天然發酵食品。歷經長時間的飲食經驗,人類發現食物原料經微生物發酵後具有延長保存時間、賦予良好風味、提高消化性及營養性等優點。也因著生活地域不同,取得的食物原料有所差異,進而發展出多樣化的發酵食品,大致上可區分為:陸生植物發酵食品-醬油、醋、 納豆、酒、麵包等,陸生動物發酵食品-乾酪、酸酪乳等,海洋動物發酵食品—魚露、鹽辛(Shiokara,內臟發酵物)等,然獨缺海洋植物發酵食品。儘管亞洲人食用海藻歷史久遠,且已成功運用在商業上,但卻鮮少有海藻發酵的研究及產品。

  1970~1990年間海藻的發酵應用一直著重在甲烷生產上,在食品製造上幾乎無進展;之所以無進展,與海藻富含50~70%碳水化 合物(乾重)有關,因為如此高量的大分子碳水化合物並無法被微生物利用,以進行發酵反應。然近來的科技發展讓醣類水解酵素日漸普及,能將海藻的大分子碳水化合物水解成小分子,亦開啟讓海藻發酵食品產業的新契機。以下我們將海藻發酵產物之特色及應用作一彙整比較,希望藉此找出海藻在食品產業上的新發展方向。

二、發酵過程能強化海藻原有之生物活性

  海藻中含有豐富的活性物質,在學術報告中已知海藻中的多醣及多酚物質具有抗氧化、抗凝血、抗發炎、抗病毒、抗高脂血症等作用。為了取得這些活性物質,產業界通常使用熱水、溶劑、酸水解、酵素水解等萃取法;然,這些萃取方式通常伴隨著一些限制因子,包括:高成本、流程複雜及溶劑殘存毒性問題。儘管酵素水解萃取法的安全性及產率相對較高,但酵素的價格及活性穩定度卻是造成高成本的原因之一。基於發酵過程所使用的微生物具有培養簡單、繁殖迅速、種類多等優點,學者推測海藻發酵在未來的產業發展上,將會是一項較符合成本效益的製造流程。

  研究發現發酵過程能釋放出更多的海藻活性成分,如:一般萃取法不易取得的特有海藻胜肽、胺基酸、多酚類化合物都可透過發酵過程充分釋出,讓產品中的營養素更豐富。且經長時間發酵作用,可將海藻中的營養素分解成小分子狀態,更利於生物吸收利用。此外,微生物以海藻為原料生產而得的代謝產物更是富含機能性,包括:胺基酸、有機酸、核苷酸、色素及多醣體等物質,其機能性都有別於陸生植物發酵品。由此可見,微生物就像是一個小型工廠,除了能挖掘出更多的營養素,亦能自行生產更特殊的機能物質,事實證明海藻透過發酵技術的開發,其價值具有超過原物質之價值。

三、於食品加工業之應用

  微生物就像是一個精密的小型工廠,因著不同的菌株特性,其生長條件亦有所差異,所能分解的物質及代謝產物均各有特色。以我們幾乎每天都會使用到的發酵物-醬油為例,就是黃豆經由麴菌第一階段發酵,接以耐鹽性乳酸菌及酵母菌第二階段發酵所得的產品,其中在第二階段時香味便逐漸形成。由於海藻含有濃烈的特殊氣味,使得其被接受度迥異,因此造成食品加工及新品開發不易。然這樣的困境現在已可透過發酵過程來改善海藻風味,學者將麴菌接種在海藻上,進行短期發酵,結果發現4種令人不悅的氣味成分含量顯著下降約75%,因而提高海藻加工品的被接受度,同時也可減少食品添加物的使用量,更利於開發成為加工產品。

四、於保健品之應用

  海藻應用於保健食品產業已有多年歷史,其訴求功能也相當廣泛,包括:抗發炎、免疫調節、護肝、降血脂等,因此在藻類產品林立的情況下,海藻發酵產物被期待要更具新穎性、特殊性。素食者或不嗜食肉類者通常食用大豆來補充日常生活所需的蛋白質,然大豆中的部分碳水化合物較難被消化吸收,所以有脹氣的缺點,甚至有少數人會產生過敏症狀,有皮膚起紅疹、發癢或是鼻塞、流鼻水、發燒、疲倦、喉嚨腫痛、腹瀉、呼吸急促、氣喘等輕重不一的反應。因此海藻發酵物被視為新興的植物性高胺基酸營養補充品,更易於生物體吸收且較無過敏疑慮。誠如先前所述,海藻的營養素及機能性成分多鎖在藻體中,若只是經熱水萃 取不容易完整釋出;學者透過乳酸發酵技術處理海藻,結果發現經發酵後能提升胺基酸、胜肽、機能性多醣、人體必需醣及多酚類物質的釋出,這些高量機能性成分讓海藻發酵物的抗氧化、抗凝血、抗發炎能力更勝一籌,在原料完全利用、加工成本、提升產品效力等產業考量上,都具有相對優勢。

五、於水產養殖飼料之應用

  在海洋資源缺乏的現況下,水產養殖成為全球發展快速的食物生產領域,養殖戶在習慣上主要依賴下雜魚為主要飼料來源,然卻產生了相對的養殖環境及條件問題,如:下雜魚易腐敗、水質惡化、抗病力低落、飼料營養成分落差大等。為改善上述困境,學者利用海藻發酵方法,結合飼料做特定比例混合,以藉由提升養殖生物之免疫系統達到效果。學者以乳酸菌及酵母菌對海藻進行8天發酵,進而將所得之發酵產物添加於珍珠蛤飼料中進行飼育試驗 ,結果顯示珍珠蛤的生長率及活存率均顯著提升。另外將海藻發酵物真鯛飼料進行飼養,結果發現真鯛的抗虹彩病毒的能力顯著提升,存活率也由原本的 72% 上升至88%。相較於疫苗、藥物開發,海藻發酵技術屬低生產本,在養殖產業大量施用上具有便利性,在產業成本及有效性可接受狀況下,將可大幅減少化學生長激素或是藥物的使用,不僅能改善養殖環境、維護消費者健康,更可提升產業之利潤。

六、於家禽飼料之應用

  臺灣家禽產品的飼養成本比國外高,易壓縮養殖戶利潤空間,以養雞業為例,原物料價格上漲造成育成投資成本上升、壓力變大,且近來疾病的傳染甚多,在藥品上的花費成本逐漸增加,也提高了藥物殘留等食品安全疑慮。從獲利角度來看,提升雞隻存活率是最有效的方法,飼料品質就是關鍵因子之一;過去曾使用發酵大豆粕取代肉雞飼料中的魚粉,儘管此方法能降低飼料成本,但大豆粕中含有多種抗營養因子,反而降低了飼料的營養價值。現在有學者將海藻發酵物添加於雞隻飼料中,結果顯示能顯著降低雞隻的死亡率及提升免疫力,且能有助於提升換肉率。

七、於農業之應用

  海藻是製作有機肥料的來源之一,相較於其他有機肥料基質,海藻中的生長刺激素倍受矚目。海藻中的生長刺激素在低濃度的施用下就能對農作物的發育、生長、代謝產生重要的調節功用,亦能加速農作物吸收及利用土壤中的養分,促進生長並提高作物產量,具有很高的生物活性。學者在海藻肥料對於油菜花生長代謝的研究中發現,海藻肥料能加速油菜花根部生長,同時強化根部吸收營養的能力,在吸收力提升、養分充足的條件下,油菜花的根與莖部的含氮量均明顯提高,植株總重也上升,透過分析發現,海藻肥料能提升油菜花的抗環境壓力及細胞代謝率,此外由基因的表現量來看,氮與硫的代謝基因受到高度活化,顯示褐藻肥料具有促進油菜花吸收及利用養分的效果。此外海藻肥料也具有改善植病的作用,其能讓缺鐵性黃化症草莓的莖部乾重增加 27% 、根部乾重增加 76%,並且使果實產量增加 27%,效果不遜於化學鐵螯合劑,且對環境無害。

八、結語

  發酵產業歷史悠久,其優勢在於不受自然環境的影響,只要發酵的技術與設備足夠成熟,都可以生產多樣化產品。從上述的文獻中可以得知,透過微生物發酵過程不僅能改善海藻風味,更能依菌種的不同產出多樣性的發酵產物,應用範圍廣泛。目前海藻發酵產業仍處於萌芽階段,若能把握此時機,開發出相關技術,除能讓產品項更趨多元之外,更可創造出海藻在產業上的新價值。

以食物原料來源作發酵物分類—目前尚缺乏來自海洋植物的發酵品

以食物原料來源作發酵物分類 — 目前尚缺乏來自海洋植物的發酵品

(摘譯自: Japan Agricultural Research Quarterly, 2013, 47: 53-63 )

發酵過程能強化海藻原有之生物活性

發酵過程能強化海藻原有之生物活性

海藻發酵產物應用層面廣泛, 可望創造出 海藻產業新價值

海藻發酵產物應用層面廣泛, 可望創造出 海藻產業新價值

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